Рассказываем о загадочном параметре в таблице характеристик волоконного лазерного станка для резки металла.
Физика
Когда мы говорим о линейном ускорении по осям 1G, это означает, что подвижная каретка с оптической головой может увеличивать свою скорость с ускорением a, выраженным в единицах ускорения свободного падения g ≈ 9.8 м/с². При таком ускорении каждую секунду скорость может увеличиваться максимум на 9.8 м/с. С нуля до скорости ~35 км/ч станок разгоняется примерно за 1 секунду.
Лазерная резка — это не только движение по контуру, но динамический тепловой процесс. Лазерное излучение локально нагревает материал до температуры плавления.
Если оптическая голова движется слишком медленно или делает вынужденную паузу (замедление-разгон на остром угле), лазер перегревает область реза. Происходит увеличение ширины реза, оплавление кромок, образование грата.
Единица — это много или мало?
Рассмотрим реальный пример — резку контура углом 90°. Пусть оптическая голова подходит к вершине угла со скоростью v = 10 м/с.
Станок с ускорением 0.3G
- Чтобы пройти вершину угла, станок начинает торможение на расстоянии v²/2a = 1.67 мм
- Замедление и последующий разгон занимает время
2v/a ≈ 0.067 с
Таким образом, на расстоянии ~1.7 мм до реальной геометрической вершины мощность лазера уже должна быть скорректирована, а в самой вершине происходит почти 70-миллисекундная пауза.
Станок с ускорением 1G
Расстояние равно 0.5 мм, а время изменения направления скорости = 0.02 с. Зона термического влияния сокращается в 3–4 раза. Сфокусированный лазерный пучок проходит угол на высокой скорости, минимизируя паузу, и следовательно, перегрев. Точность геометрии повышается.
Почему ускорение ограничивают?
Казалось бы — нет преград, сделайте ускорение 10G! Но:
повышенное ускорение приводит к возбуждению низкочастотных колебаний в портале станка и высокочастотных — в оптической голове. Любая вибрация — это смещение фокусного пятна. Рез получается неровным и неконтролируемым, теряется перпендикулярность кромки.
И вот уже оптическая голова вместо 35 кг «весит» все 350! А повышенные знакопеременные нагрузки ведут к ускоренному износу механических компонентов, люфтам и, в конечном итоге, потере базовой точности станка.
Для обеспечения высокого значения ускорения нужны приводы с большим моментом, что увеличивает стоимость, энергопотребление и требования к системе управления.
Золотая середина
Ускорение уровня 1G — это современный технологический компромисс, найденный на пересечении требований тепловой физики процесса резки (быстро пройти сложный контур), законов механики и прочности конструкций (не сломать станок инерционными нагрузками) и экономической целесообразности (уменьшить стоимость и повысить надёжность).
Как ускорение по осям влияет на выбор станка для лазерной резки:
- При выборе станка для фигурной резки (архитектурный декор, детали сложной формы) параметр ускорения не менее важен, чем максимальная скорость.
- Для резки прямолинейных деталей значение ускорения отходит на второй план — важнее скорость на прямолинейном участке.
Высокое ускорение — это путь к сокращению времени цикла и повышению качества обработки деталей со сложным контуром. Поэтому важно оценивать не только ватты лазера и размер рабочего поля, но и цифру перед G.
А как ускорение связано с движением по кругу?
Максимальная скорость на круговой траектории
При движении по окружности с постоянной скоростью v и радиусом r на приводы обеспечивают центростремительное ускорение v²/r.
Если ограничено максимальное ускорение по осям (1G), то максимальную скорость можно найти из формулы v²/r ≤ g:
В таблице приведен расчёт для ряда диаметров от 1 см до 50 см:
Как видим, на малых радиусах максимально допустимая скорость получается ниже. Ограничение в 1G — это не просто паспортная характеристика: ускорение определяет, с какой максимальной скоростью вы сможете качественно вырезать круг заданного диаметра на станке.
Интересный факт:
Разгон до 100 км/ч за 2.3 секунды (уровень болида Формулы-1) соответствует среднему ускорению 1.23 G.
Подписывайтесь на наш канал и читайте наши подборки о лазерах и технологиях.
Лазерные технологии в ЛАССАРД
Если вы хотите увидеть лазерные технологии в действии, то приезжайте к нам в шоурум! Мы покажем, как лазерные технологии работают на практике в станках для резки, сварки, маркировки, очистки и упрочнения, а также в гибридном станке 4 в 1.
Наши контакты:
📱 Сайт
📱 Интернет-магазин оптико-механических изделий и оптических столов
👥 ВК
📺 RUTUBE
🏭 Наше производство и шоурум: ОЭЗ «Технополис Москва», 109316, Россия, Москва, Волгоградский проспект, д. 42, корп. 5, пом. 1Н
📞 Наш телефон: +7 495 120 68 86
✉️ Наша почта: sales@lassard.ru